December 2020 – Page 8

Audiokodierung und -verarbeitung. Audiokodierung

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Audiokodierung und -verarbeitung. Audiokodierung

Audio encoding

Es gibt drei Haupttypen von Audio-Ziffern:

lossless & lossy audio encoding

Format – keine Komprimierung;
Format (verlustbehaftet) – verlustbehaftete Komprimierung;
Format (verlustfrei): verlustfreie Komprimierung.
Verlustbehaftete Komprimierung: Technologie, bei der die codierte Datei im Vergleich zum Original erheblich reduziert wird, da Informationen entfernt werden, die vom menschlichen Ohr nicht wahrgenommen werden.

Der Nachteil dieser Technologie ist die Tatsache, dass die komprimierte Datei niemals mit dem Original identisch sein wird.

Verlustfrei – Verlustfreie komprimierte Audioformate, einschließlich:

FLAC (Free Lossless Audio Codec)
APE (Mono-Audio)
WV (WavPack)
Diese Formate können CDs unter Beibehaltung der Qualität in digitale Formate konvertieren. Als Beispiel können Sie eine CD nehmen, sie in WAV konvertieren, dann WAV in FLAC, dann von FLAC in WAV zurückkehren und sie dann auf eine leere CD brennen, und Sie haben eine absolut identische Kopie Ihrer Quelle.

Welches Format klingt die Musik mit der besten Qualität?
Am beliebtesten ist das verlustfreie FLAC-Format, und eines der am häufigsten verwendeten Konvertierungsprogramme von CD zu FLAC ist EAC (Exact Audio Copy).

Von allen Parametern des digitalen Audios müssen zunächst die folgenden Indikatoren beachtet werden:

Abtastrate (Genauigkeit der zeitlichen Digitalisierung eines analogen Signals),
Bitrate (die Menge an Informationen, die in der Datei in einer Sekunde enthalten sind).

Die Abtastrate ist die Frequenz, mit der digitales Audio verarbeitet wird. Die häufigste Abtastrate für hochwertige Audioformate beträgt 44,1 kHz.

Es ist allgemein anerkannt, dass eine hohe Bitrate die beste Qualität garantiert; Dies ist wahr, aber nur, wenn die Quelldatei von guter Qualität ist. Ein MP3 mit hoher Qualität sollte eine Bitrate von 320 kbps haben, ein FLAC-Format mit hoher Qualität hat jedoch im Allgemeinen eine Bitrate von 900 kbps oder mehr.

Was ist das beste Musikformat?
Zusätzlich zu den Audioformaten selbst werden für einen hochwertigen Musikklang auch hochwertige Wiedergabegeräte benötigt: Lautsprecher, Verstärker, Kopfhörer. Mit anderen Worten, wenn Sie billige Desktop-Lautsprecher und Kopfhörer verwenden, können Sie den Klang von hoher Qualität nicht vollständig genießen und das volle Potenzial verlustfreier Formate freisetzen.

Ohne auf technische Details einzugehen, können die folgenden Formate empfohlen werden:

Für das Hören zu Hause empfehle ich meiner Meinung nach das beste FLAC-Format. Für einen Audio-Player ist das MP3-Format mit einer Bitrate von mindestens 320 kbps eine gute Lösung. Persönlich verwende ich das FLAC-Format nur auf allen Geräten, da Sie aufgrund des Volumens der microSD-Karten eine ausreichende Datenmenge auf dem Player speichern können.

Bei den Geräten für die Wiedergabe hochwertiger Musik empfehle ich Ihnen, die folgenden Marken zu beachten:

Wenn preiswerte Akustik nicht zu Ihnen passt und Sie ein Fan hochwertiger Soundgeräte (Hi-Fi oder Hi-End) sind, liegt alles in Ihren Händen und Sie sind nur durch Ihr Budget begrenzt. Ich werde keine Empfehlungen geben.

Audiokodierung und -verarbeitung. Audiokodierung

Es gibt drei Haupttypen von Audio-Ziffern:

Der Nachteil dieser Technologie ist die Tatsache, dass die komprimierte Datei niemals mit dem Original identisch sein wird.

Verlustfrei – Verlustfreie komprimierte Audioformate, einschließlich:

Von allen Parametern des digitalen Audios müssen zunächst die folgenden Indikatoren beachtet werden:

Abtastrate (Genauigkeit der zeitlichen Digitalisierung eines analogen Signals),
Bitrate (die Menge an Informationen, die in der Datei in einer Sekunde enthalten sind).

Die Abtastrate ist die Frequenz, mit der digitales Audio verarbeitet wird. Die häufigste Abtastrate für hochwertige Audioformate beträgt 44,1 kHz.

Es ist allgemein anerkannt, dass eine hohe Bitrate die beste Qualität garantiert; Dies ist wahr, aber nur, wenn die Quelldatei von guter Qualität ist.

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WAS IST BLUETOOTH APTX?

WAS IST BLUETOOTH APTX?

Bluetooth aptX

Die Popularität von drahtlosen Kopfhörern wächst von Jahr zu Jahr. Der Trend ist auf die Benutzerfreundlichkeit zurückzuführen, da die Kommunikationsmethode mit dem Gerät über Bluetooth keine Interferenz mit Kabeln impliziert, was dem Benutzer mehr Bewegungsfreiheit gibt.

Bluetooth APTX

Nach und nach verzichten die Smartphone-Hersteller auch auf die 3,5-mm-Kopfhörerbuchse und zwingen moderne Gerätebesitzer, Schritt zu halten. Die Klangqualität ist jedoch nicht immer mit Komfort verbunden. Gute klassische Kopfhörer übertreffen bei diesem Parameter häufig ihre drahtlosen Gegenstücke. Mit der jüngsten Ankunft von Liebhabern der Qualcomm AptX-Technologie zum Musikhören müssen Kopfhörer jedoch nicht mehr zwischen Klangqualität und Benutzerfreundlichkeit wählen. Jetzt sind AptX und AptX HD immer mehr in den technischen Daten der Geräte zu sehen. Was ist Technologie, wie funktioniert sie und was wird benötigt, um ihre Fähigkeiten zu bewerten?

Was Sie über das Hören von drahtlosem Audio wissen müssen

Beginnen wir mit Bluetooth. Dies ist eine Form der drahtlosen Datenübertragung über eine kurze Distanz zwischen kompatiblen Geräten. Der Standard bezieht sich auf drahtlose Personal Area Networks (WPAN) und ermöglicht die Kommunikation über Funkwellen. Die Funkkommunikation ist im ISM-Bereich von 2,4 bis 2,4835 GHz implementiert und wird in verschiedenen Geräten verwendet, einschließlich Haushaltsgeräten, Smartphones, Computern und anderen. Das Bluetooth-Protokoll unterstützt jedoch Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen. Das vollständige Musik-Streaming über die Bluetooth-Technologie wird durch die folgenden Klangqualitätsmerkmale garantiert:

Abtastfrequenz (oder Abtastfrequenz). Dies ist die Anzahl der Schallvolumenmessungen pro Sekunde, dh die Frequenz, mit der das analoge Signal in eine digitale Matrix umgewandelt wird. Der Parameter wird in Hertz oder Kilohertz (Hz, kHz) gemessen. Je höher die Abtastfrequenz ist, desto besser wird der Ton übertragen.
Audiocodierungstiefe (Abtastbittiefe). Dies ist die Datenmenge, die zum Codieren der diskreten Lautstärkepegel von digitalem Audio in Bits benötigt wird. Mit einfachen Worten, die Bittiefe bestimmt die Messgenauigkeit des eingehenden Signals. Je höher die Bittiefe, desto höher die Klangqualität und gleichzeitig die Lautstärke der Tondatei.
Informationsübertragungsrate oder Bitrate. Dies ist die pro Zeiteinheit übertragene Datenmenge. In diesem Fall handelt es sich um die Übertragung von Audiodaten vom Gerät auf die Kopfhörer. Das heißt, je höher der Wert, desto mehr Daten werden gleichzeitig übertragen und verarbeitet, was die Klangqualität verbessert. Die Bitrate wird in Kilobit pro Sekunde (kbps oder kbps) gemessen.

Betrachten wir nun, was diese AptX Bluetooth-Technologie ist. Dies ist ein Audio-Codec von Qualcomm, mit dem Sie hochwertige Audiodateien über Bluetooth übertragen, komprimieren und dekomprimieren können. Mithilfe der Technologie konnte ein besserer Klang erzielt werden. Dies wird durch die Tatsache sichergestellt, dass zum Zeitpunkt der Umstellung auf Digital praktisch keine Verluste auftreten, sodass der Unterschied zum Standard-Bluetooth-Codec (SBC) spürbar ist. . Die erweiterte Version von AptX HD verwendet eine dynamische Codierung, bei der die meisten Daten verlustfrei codiert werden. Wenn dies nicht möglich ist, wird sie minimiert.

Verwenden Sie drahtlose Kopfhörer

Bei all den beeindruckenden Vorteilen moderner Technologien hängt die Klangqualität nicht nur vom verwendeten Audio-Codec ab, sondern auch von den Eigenschaften der Hardware (Kopfhörer, Lautsprecher). Daher müssen unterstützte Geräte auch auf höchstem Niveau implementiert werden, und Sie sollten von Geräten mit geringem Stromverbrauch, die den AptX-Codec deklariert unterstützen, keinen reinen, tiefen Klang erwarten.

Was sind die Abkürzungen aptX, aptX HD und LDAC?

Alle diese Namen geben Bluetooth-Codecs an, die sich in den Datenübertragungseigenschaften unterscheiden. Sie haben unterschiedliche Parameter für Abtastrate, Audiocodierungstiefe und Bitrate, und die Klangqualität ist unterschiedlich.

AptX

Audio-Codec, mit dem Audio über Bluetooth in 16-Bit-Qualität mit einer Abtastrate von 48 kHz bis 352 kbps übertragen werden kann. Das analoge Signal wird 48.000 Mal pro Sekunde gelesen und mit 16 Bit übertragen, was den Parametern der CD entspricht. Es ist eine würdige Alternative zu SBC mit weniger Kompressionsverlust und besserem Klang, sauberer und detaillierter. Die Übertragungsraten von AptX sind nach heutigen Maßstäben nicht beeindruckend.

Audio-Codecs

Audio-Codecs

Audio Codec

Codecs spielten gleichzeitig, wenn nicht sogar als Schlüssel, eine sehr wichtige Rolle bei der Entwicklung von Technologien im Bereich des digitalen Klangs.

Audio CODECs

Die rasche Verbreitung von Mobilkommunikation, Internettelefonie und tragbaren Playern – all dies sind Beispiele für die Verwendung von Codecs. Nur dank seiner Erfindung und Implementierung war es möglich, Audioinformationen über Kanäle zu übertragen, die damals eine sehr begrenzte Bandbreite hatten. Dieses Problem könnte gelöst werden, indem die Kapazität aller Übertragungskanäle erhöht wird, was eine unglaubliche Materialinvestition bedeuten würde, die mit dem Umbau und dem Austausch der meisten Elemente der vorhandenen Infrastruktur verbunden ist, oder indem ein Algorithmus entwickelt wird, mit dem die Datenmenge erheblich reduziert werden kann. resultierend aus der Analog-Digital-Wandlung und damit in der Lage sein, die vorhandene Infrastruktur zu nutzen. Der zweite Weg war viel vernünftiger.

Was sind Codecs?
Ein Codec ist ein Algorithmus, der in der Regel auf dem einen oder anderen psychoakustischen Modell basiert, das weiter unten erläutert wird, und zwei Module enthält: einen Codierer und einen Decodierer.

Der Encoder codiert digitales Audio in einen Datenstrom, dessen Lautstärke im Vergleich zur ursprünglichen Lautstärke des Rohmaterials erheblich geringer ist. Abhängig vom verwendeten Codec und den Codierungsparametern ist es möglich, ein optimales Gleichgewicht zwischen der Klangqualität und dem gewünschten Datenvolumen zu erreichen.

Um den auf diese Weise codierten Ton wiederzugeben, ist jedoch ein Decoder erforderlich, dessen Aufgabe es ist, den digitalen Audiostream zurück in das Standardformat (PCM) zu decodieren.

Codecs und ihre Familien
Im Allgemeinen können alle Codecs, von denen es derzeit sehr viele gibt, in zwei Kategorien unterteilt werden:

Ratlos
Wie oben erwähnt, basieren die Codecs im Wesentlichen auf dem einen oder anderen psychoakustischen Modell, das bestimmt, welche Audioinformationen für unser Gehirn nicht wichtig sind und geopfert und verworfen werden können, wodurch die Datenmenge verringert wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass beim Decodieren der Übertragung die verlorenen Audioinformationen nicht wiederhergestellt werden können. Das Komprimierungsverhältnis kann bis zu 90% des ursprünglichen Datenvolumens erreichen, während für die meisten normalen Benutzer eine zufriedenstellende Klangqualität erhalten bleibt. Die bekanntesten Vertreter dieser Familie sind die bekannten und vielleicht häufigsten MP3- und WMA-Vertreter.

Kein Verlust
In diesem Fall erfolgt die Codierung ohne Datenverlust, sodass alle Informationen im ursprünglichen Audiosignal nach dem Decodierungsprozess vollständig wiederhergestellt werden können. Der Grad der Datenkomprimierung, der mit diesen Codecs erreicht werden kann, ist jedoch viel geringer als der der Lossy-Codec-Familie. Im Allgemeinen ist abhängig von den Codierungsparametern eine Komprimierung von bis zu 60% des ursprünglichen Volumens möglich. Die beliebtesten Codecs der Lossless-Familie sind FLAC, APE und Apple Lossless auf der Apple-Plattform.

Es ist zu beachten, dass die überwiegende Mehrheit der Videoformate auch komprimiertes Video und Audio enthält. Formate wie Dolby Digital, DTS und ihre Varianten sind nichts anderes als Codecs. Ohne einen geeigneten Decoder ist es nicht möglich, die Audiodaten zu lesen. In diesem Fall ertönt maximales weißes Rauschen. Daher müssen Sie darauf achten, Ihre eigenen Ohren und Geräte nicht zu beschädigen.

Codierungsoptionen
Die Codierungsparameter bestimmen die Qualität des resultierenden Sounds und die Datenmenge in der resultierenden Datei. Eine aggressivere Komprimierung verringert die Klangqualität und verringert die Datenmenge, dh erhöht das Komprimierungsverhältnis. Abhängig vom verwendeten Algorithmus kann sich das Ergebnis bzw. die Klangqualität erheblich unterscheiden, selbst wenn dieselben Codierungsparameter verwendet werden.

Eine der wichtigsten ist die Datenflussrate pro Zeiteinheit: kbps (Kilobit pro Sekunde, Anzahl der Kilobit pro Sekunde). Je höher dieser Parameter ist, desto weniger aggressiv ist die Datenkomprimierung. Als Faustregel gilt, dass für Codecs der Lossy-Familie die optimalen Werte 192 bis 320 kbps betragen. Wenn niedrigere Werte verwendet werden, wird der Qualitätsverlust signifikanter und wird selbst von normalen Benutzern bemerkt, die keine besonderen Rechte auf Klangqualität haben.

Psychoakustische Codecs und Modelle
Die überwiegende Mehrheit der Audio-Codecs basiert auf psychoakustischen Algorithmen, die die Einschränkungen des menschlichen Hörsystems nutzen. Diese Prinzipien basieren auf Forschungen auf dem Gebiet der Psychoakustik, zu deren wichtigsten Schlussfolgerungen der Maskierungseffekt gehört.

MIDI und digitaler Sound: Vor- und Nachteile

MIDI und digitaler Sound: Vor- und Nachteile

Digital Audio

Das WAVE-Format ist eines von vielen, aber es ist bei weitem nicht das einzige Format für die Aufnahme von digitalem Audio.

Digital Audio

Im Gegensatz zu MIDI-Daten werden digitale Audiodaten tatsächlich in Tausenden von Einheiten aufgezeichnet, die als Samples bezeichnet werden. Digitale Daten repräsentieren die Amplitude (oder Lautstärke) eines Tons in diskreten Momenten. Der Klang digitaler Daten ist unabhängig vom Wiedergabegerät und daher immer gleich. Dafür muss man aber mit großen Mengen an Sounddateien bezahlen.

MIDI-Daten sind digitale Daten, Vektorgrafiken Bitmaps. Mit anderen Worten, MIDI-Daten hängen von den Audiowiedergabegeräten ab und digitale Daten sind unabhängig. So wie das Erscheinungsbild von Vektorgrafiken vom Drucker oder Monitorbildschirm abhängt, hängt der Klang von MIDI-Dateien vom MIDI-Gerät ab, um diese Dateien abzuspielen. Ebenso klingt eine auf einem Konzertklavier gespielte Melodie anders als ein normales Klavier. Digitale Daten sind dagegen identisch und unabhängig vom Wiedergabesystem. Der MIDI-Standard ähnelt in dieser Hinsicht dem PostScript-Standard und ermöglicht die Steuerung von Instrumenten in verständlicher Sprache.

Im Vergleich zu digitalem Sound bietet MIDI folgende Vorteile:

MIDI-Dateien benötigen weniger Speicher und die Größe dieser Dateien hat keinen Einfluss auf die Klangqualität. Im Durchschnitt sind MIDI-Dateien 200- bis 1000-mal kleiner als digitale Dateien und beanspruchen daher wenig RAM und Speicherplatz und erfordern keine großen CPU-Ressourcen.

In einigen Fällen klingen MIDI-Dateien besser als digitale Audiodateien. In diesem Fall muss die Tonquelle der MIDI-Dateien von hoher Qualität sein.

Sie können die Länge von MIDI-Dateien ändern, indem Sie das Tempo des Sounds ändern und dabei die Qualität und Lautstärke des Sounds beibehalten. MIDI-Daten können auch auf Einzelnotenebene problemlos bearbeitet werden. Sie können kleine Segmente eines MIDI-Songs (mit Millisekundengenauigkeit) bearbeiten, was mit digitalem Audio nicht möglich ist.

Der Hauptnachteil einer MIDI-Datei liegt in ihren Vorzügen. Da MIDI-Daten selbst kein Ton sind, ist die Wiedergabe so genau, wie das Gerät zum Abspielen der MIDI-Daten mit dem Gerät identisch ist, mit dem die Originaldatei erstellt wurde. Sogar der Klang eines MIDI-Instruments gemäß dem allgemeinen MIDI-Standard hängt vom elektronischen Wiedergabegerät und der verwendeten Methode ab. MIDI-Sound wird nicht für die Sprachwiedergabe verwendet.

Der Hauptvorteil von digitalem Audio gegenüber MIDI-Sound besteht darin, dass die Wiedergabequalität von digitalem Sound immer konstant ist und hier MIDI-Sound dem digitalen Sound unterlegen ist. Es gibt zwei Gründe, warum Sie mit digitalem Audio arbeiten sollten:

Eine größere Auswahl an Programmen und Systemen, die die Arbeit mit digitalem Sound unterstützen.

Die Vorbereitung und Erstellung digitaler Klangelemente erfordert keine Kenntnisse der Musiktheorie, was für MIDI-Daten nicht gesagt werden kann.

Soundtipps
Sprachaufnahme vom Mikrofon
Jedes Buch, das sich mit Multimedia befasst, enthält notwendigerweise einen Abschnitt über die Tonaufnahme von Mikrofonen. Darüber hinaus wird normalerweise das Sound Recorder (Phonograph) -Programm verwendet, das in der Standard-Windows-Distribution enthalten ist. Die Arbeit damit wird in der angehängten Hilfedatei ausführlich beschrieben. Es ist einfach zu bedienen und wir werden nicht im Detail darauf eingehen.

Die Mikrofone sind in Kondensator- und dynamischen Mikrofonen erhältlich. Kondensatoren sind teurer, sie liefern einen besseren Klang, aber Ihre Verbindung muss mit einer Soundkarte kompatibel sein. Die überwiegende Mehrheit der Soundkarten ist für dynamische Mikrofone ausgelegt.

Ein weiteres wichtiges Merkmal eines Mikrofons ist seine Richtwirkung. Die Mikrofone sind omnidirektional (sie haben die gleiche Schallempfindlichkeit in alle Richtungen), unidirektional (sie haben die höchste Schallempfindlichkeit von vorne) und bidirektional (empfindlicher für Schall von vorne und hinten). Ein unidirektionales Mikrofon ist normalerweise die beste Option, da es Hintergrundgeräusche eliminiert. Es ist jedoch teurer als omnidirektionale Mikrofone und reagiert empfindlicher auf abgehackte Atemgeräusche.

Achten Sie unbedingt auf die Impedanz (Impedanz) des Mikrofons. Der optimale Wert liegt bei 600 Ohm.

Daher empfehlen wir ein dynamisches omnidirektionales Mikrofon mit 600 Ohm.